Биполярный транзистор принцип работы: Схема, принцип работы, характеристики биполярных транзисторов

Схема, принцип работы, характеристики биполярных транзисторов

Обновлена: 24 Ноября 2022 205 0

Поделиться с друзьями

Биполярные транзисторы – электронные полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в процессе участвуют и электроны, и дырки. Биполярные транзисторы, как и другие типы транзисторов, в основном используются в качестве усилителей сигнала. Применяются в аналоговых устройствах. Особенности устройства биполярного транзистора Биполярный транзистор включает в себя три области: эмиттер; базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое; коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера. К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь. Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно. Принцип работы биполярного транзистора Этот тип транзистора имеет два перехода: электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный; между коллектором и базой – коллекторный. Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения. Режимы работы биполярных транзисторов Режим отсечки Переходы закрыты, прибор не работает. Этот режим получают при обратном подключении к внешним источникам. Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в этом режиме разрывает цепь. Активный инверсный режим Является промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт. Ток базы в этом случае значительно меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим востребован мало. Режим насыщения Прибор полностью открыт. Оба перехода подключаются к источникам тока в прямом направлении. При этом снижается потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые называют «токами насыщения». Схемы включения биполярных транзисторов В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения приборов. С общим эмиттером Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему. С общей базой Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания. С общим коллектором Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением. Какие параметры учитывают при выборе биполярного транзистора? Материал, из которого он изготовлен, – арсенид галлия или кремний. Частоту. Она может быть – сверхвысокая (более 300 МГц), высокая (30-300 МГц), средняя – (3-30 МГц), низкая (менее 3 МГц). Максимальную рассеиваемую мощность. Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

устройство, классификация и работа простым языком

С каждым годом появляется все больше и больше электронных средств, а они часто ломаются. На ремонт уходит немало средств, порой, достигая до 50 процентов от стоимости аппарата. И что досадно, некоторые из этих поломок можно было устранить самому, имея начальные знания о том, как работает транзистор. Почему он? Именно транзисторы чаще всего выходят из строя.

• Виды транзистора
  • Биполярный
  • Полевой
• Принцип действия
  • Работа полевого
  • Как работает биполярный
• Меры предосторожности

Виды транзистора

Чтобы легче разобраться в работе транзистора, необходимо иметь представление о нем. Он является полупроводником, что указывает на его способность проводить ток в одном направлении и не пропускать в другом. Чтобы достичь таких характеристик используются разные способы изготовления. Все эти приборы по своему характеру работы делятся на две группы:

1. биполярные
2. полярные

Хотя и те и другие относятся к одному классу — транзисторы, происходящие в них процессы сильно отличаются.

Биполярный

Движение электронов по замкнутой цепи называется электрическим током. Грубо говоря, чем больше электронов, тем больше ток. Если атом отдает электроны, он становится положительно заряженным и, наоборот, притягивая лишние электроны, он становится отрицательно заряженным.

При добавлении в кремний и германий примесей они становятся необходимым материалом, из которых и изготавливаются биполярные транзисторы.

Биполярными называются электронные приборы, состоящие из двух, имеющие разные заряды слоев. Причем два крайних имеют одинаковый заряд. Тот слой, который имеет положительный заряд, называется «p», а отрицательный — «n». В связи с этим различают следующие типы:

• p-n-p
• n-p-n

Граница между этими слоями называется переход. Внутреннюю область, разделенную двумя переходами, называют базой. Две внешние области называют эмиттер и коллектор. Монокристалл изготовлен таким образом, что одна внешняя область передает в базу носители энергии и называется эмиттером. Другая внешняя область забирает эти носители и называется коллектором.

На электрической схеме биполярный транзистор обозначается в виде круга, внутри которого нарисована черточка, а к ней подходят три прямые. Одна подходит под углом в 90 градусов и обозначает базу, две другие под наклоном. Та из них что имеет стрелку обозначает эмиттер, другая — коллектор. Сам прибор, как правило, имеет три вывода, соответствующих этим областям.

Полевой

Другой вид называется полевой или униполярный. В отличие от биполярного p-n переход работает иначе. Его монокристалл имеет однородный состав. Канал, по которому движутся энергоносители, может быть дырочным или электронным. В дырочном носителем являются положительно заряженные неподвижные ионы, в электронном — отрицательно заряженные. Эти каналы также обозначаются буквами «p» и «n» соответственно.

Вокруг и почти по всей длине этого канала впрыскиваются, вживляются ионы противоположной полярности

. Эта область называется затвором, она-то и регулирует проводимость канала. Тот край канала, через который заряженные частицы входят в кристалл, называется исток, а через который выходят — стоком.

Для улучшения электрических характеристик между металлическим каналом и затвором стали добавлять диэлектрик. Если классифицировать транзисторы по структуре, то можно выделить два семейства:

• МДП (к ним можно отнести и МОП — металл-оксид-проводник)
• JGBT

МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-проводник. Это полевой. Новый JGBT транзистор сочетает в себе достоинства биполярного, но имеет изолированный затвор.

Принцип действия

Один из сложных радиоэлементов — транзистор. Принцип работы его сводится к следующему

:

• регулировка
• усиление
• генерация

Биполярные обладают большей мощностью и могут работать с большими частотами. Однако, если нужен широкий спектр усиления, то без полевого не обойтись.

Работа полевого

Рассмотрим, как работает транзистор. Для начинающих радиолюбителей трудно разобраться во всех этих переходах. Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример.

Водопроводный кран вентильного типа способен очень плавно менять напор воды. Это достигается благодаря постепенному изменению пропускного отверстия. На этом же принципе основана работа и полевого транзистора.

Затвор окружает пропускной канал. При подаче на него запирающего напряжения, электрическое поле как бы сдавливает проход, тем самым уменьшая поток заряженных частиц. Как и при закрывании крана необходимо прилагать небольшое усилие, так и мощность затвора, по сравнению с основным каналом, очень мала. Сходство также и в том, что при небольших изменениях напряжения на затворе, сечение прохода также меняется незначительно.

Как работает биполярный

Работа биполярного прибора несколько отличается от работы полевого. В первую очередь отличается способ управления движением заряженных частиц. В полевом используется электрическое поле, в биполярном — ток между базой и эмиттером.

В зависимости от типа прибора стрелочка эмиттера на схеме будет либо направлена к базе, тогда это тип p-n-p, либо от базы, тогда это n-p-n. При подключении к этим зажимам одноименного напряжения («p» подключается к «+”, а «n» подключается к «-“) в цепи эмиттер — база возникает ток. В базе появляется больше носителей заряда и их становится тем больше, чем больше ток в этой цепи.

К коллектору подводится обратное напряжение, т. е. к «p» подключается «-“, а к «n» — «+”. Поскольку между эмиттером и коллектором возникает разность потенциалов, между этими выводами появляется ток. Он будет тем больше, чем больше носителей заряда имеется в базе.

Когда к эмиттеру и базе подключают источник питания противоположного знака, ток прекращается, транзистор закрывается. Что поможет лучше понять работу транзистора? Для чайников важно понять одну истину. Если открыт переход эмиттер — база (подается прямое напряжение), то открыт и сам прибор, в противном случае он закрыт.

Меры предосторожности

Полевые транзисторы очень чувствительны к повышенному напряжению. При работе с ними необходимо предотвратить возможность попадания на них статистического напряжения. Этого можно достичь надев заземленный браслет. При подборе аналога важно учитывать не только рабочее напряжение, но и допустимый ток. А если прибор работает в частотном режиме, то и его частоту.

Bipolar Junction Transistor — принцип работы, типы и преимущества

Дата последнего обновления: 17 апреля 2023 тип транзистора и полупроводникового прибора с тремя выводами, который имеет два p-n перехода. Они в основном используются в качестве усилителей или управляемых током устройств в электронных схемах. И электроны, и дырки будут действовать как носители заряда в транзисторе с биполярным переходом. Обычно транзисторы BJT не требуют внешних источников постоянного тока. В этой статье подробно описаны транзисторы и их типы, характеристики и принципы работы BJT и типы BJT.

Что такое транзистор и его типы?

Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, которые проводят и сопротивляются электрическому току и напряжению. Обычно транзисторы действуют либо как переключатель, либо как усилитель. Основная функция транзисторов заключается в регулировании и контроле протекания тока в электронной цепи. Транзисторы в основном делятся на три типа на основе p-n переходов. Это транзисторы с однополярным переходом, транзисторы с биполярным переходом и полевые транзисторы.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Характеристики и типы биполярных транзисторов

Обычно биполярные транзисторы имеют три клеммы и два p-n перехода. Три терминала, а именно, база, эмиттер и коллектор. В BJT только меньший ток будет протекать между выводами базы и эмиттера, а больший ток будет протекать между выводами коллектора и эмиттера.

В зависимости от легирования BJT в основном подразделяются на два типа. Это транзисторы PNP и транзисторы NPN.

(Изображение скоро будет загружено)

BJT подразделяются на два типа: транзисторы PNP и транзисторы NPN. Давайте разберемся в этих типах транзисторов подробно.

Транзистор NPN

В транзисторах NPN один полупроводник p-типа помещается между двумя полупроводниками n-типа и образует два p-n перехода. Эти NPN-транзисторы широко используются во многих электронных устройствах, в основном для усиления слабых сигналов. В NPN-транзисторах ток обычно течет от эмиттера к области коллектора.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

PNP-транзистор 

В PNP-транзисторах один полупроводник n-типа зажат между двумя полупроводниками p-типа и создает два p-n перехода. Транзисторы PNP в основном используются для управления током, протекающим по цепи. Обычно p-n переход считается диодом. Итак, транзисторы выглядят как два последовательно соединенных кристаллических диода. В транзисторе PNP левый диод известен как диод эмиттер-база. Правый диод известен как диод коллектор-база.

Конфигурации транзисторов с биполярным переходом

Биполярные транзисторы могут иметь три типа: конфигурация с общим коллектором, конфигурация с общей базой и конфигурация с общим эмиттером.

В характеристиках с общей базой база транзистора заземлена, тогда эмиттер становится входом, а коллектор – выходом.

Входная характеристика CB \[\Delta V_{CB}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{E}}\]

Выходная характеристика CB \ [\Delta I_{E}\] при постоянной: Rout =\[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока выключателя \[\Delta V_{CB}\] при постоянной величине: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

В характеристиках с общим коллектором коллектор транзистора заземлен, тогда база становится входом, а эмиттер – выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CB}\] при постоянной:  Rin = \[\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{B}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: 𝞪 = \[\frac{\Delta I_{B}}{\Delta I_{E}}\]

(изображение будет скоро будет загружено)

В характеристиках с общим эмиттером эмиттер транзистора заземлен, тогда база становится входом, а коллектор – выходом.

Входные характеристики ВЦ \[\Delta V_{CE}\] при постоянной: Rin = \[\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{B}}\]

Выходные характеристики ВЦ \ [\Delta I_{B}\] при постоянной: Rout = \[\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{E}}\]

Характеристики трансформатора тока CC \[\Delta V_{CB}\] при постоянной: 𝞪 =\[\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}\]

(изображение будет Скоро будет загружено)

Принцип работы BJT

Транзистор NPN представляет собой смещенную активную область. Здесь переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Таким образом, ширина обедненной области перехода база-эмиттер мала по сравнению с шириной перехода коллектор-база. Смещенный вперед BE-переход уменьшит барьерный потенциал и поможет току течь от эмиттера к базе.

 

Обычно база NPN-транзисторов тонкая и слегка легированная, поэтому в ней меньше отверстий по сравнению с электронами в эмиттере. Рекомбинация дырок в базе с электронами в эмиттерной области будет составлять протекание тока базы. Обычно направление обычного тока остается противоположным потоку электронов.

Тогда оставшееся большое количество электронов в эмиттере пройдет через коллекторный переход с обратным смещением в виде коллекторного тока.

 

Согласно токовому закону Кирхгофа ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы. Как правило, ток базы IB остается небольшим по сравнению с током эмиттера IE и током коллектора IC

IE = IC + IB

Единственным существенным отличием транзисторов NPN и PNP является то, что они являются основными носителями заряда. Основными носителями заряда NPN-транзисторов являются электроны, а основными носителями заряда PNP-транзисторов являются дырки. Все остальные принципы работы и их коэффициент легирования останутся одинаковыми как для транзисторов NPN, так и для PNP.

 

В транзисторе, если ток коллектора увеличивается, температура перехода коллектора увеличивается. Таким образом, сопротивление, создаваемое коллектором, также уменьшается. В результате ток коллектора увеличивается. Это явление известно как тепловая полоса в транзисторах BJT.

Преимущества транзисторов BJT

1. BJT имеют лучший коэффициент усиления по напряжению и высокую плотность тока

2. НО также имеют низкое прямое напряжение

3. BJT может работать в приложениях малой и высокой мощности

4. BJT имеют большую ширину полосы усиления 98

5. Термостойкость Транзистор BJT низкий

6. Излучение транзисторов BJT эффективно

7. Транзисторы BJT будут производить сильный шум.

8. Имеют низкую частоту переключения

9. BJT имеет сложное управление

10. Время переключения BJT медленное по сравнению с высокой частотой переменного тока и напряжения

В этой статье объясняется, что такое BJT, его принцип работы, типы и характеристики в деталях.

Конкурсные экзамены после 12-го курса естественных наук

Объяснить конструкцию и принцип работы биполярного транзистора

4 июля 2022 г. 21 марта 2020 г. от Michal

Транзистор с биполярным переходом (BJT) представляет собой трехслойное трехполюсное устройство с двумя переходами PN. Транзистор BJT с биполярным переходом состоит из двух материалов N-типа и P-типа. В случае NPN или два материала P-типа и один материал N-типа образуют три двухпереходных соединения. Транзисторы в основном используются в качестве переключающих устройств или усилителей.

Конструкция транзистора BJT

Транзистор с биполярным переходом представляет собой трехслойное устройство, в котором каждый слой соединен электрическим током. Трехвыводные транзисторы называются эмиттером E, базой B и коллектором C. NPN-транзистор может быть сформирован путем легирования сэндвича P-типа между двумя N-типами. Точно так же PNP-транзистор формируется путем легирования сэндвича N-типа между двумя материалами P-типа. На транзисторе есть два PN-перехода. Первый переход представляет собой переход база-эмиттер BE, а второй называется переходом база-коллектор BC.

• Как рассчитать KVA трансформатора: калькулятор KVA трансформатора
• Классификация трансформаторов тока на основе четырех параметров

Как в NPN, так и в PNP эмиттер E сильно легирован, база B слабо легирована, а коллектор C умеренно легирован . Внешние слои широкие по сравнению с центральным слоем. Отношение общего размера транзистора к базе составляет 150:1. Легирование центрального слоя также меньше по сравнению с внешними слоями в соотношении 10:1. Что увеличивает сопротивление слоя за счет ограничения количества носителей. Транзистор называется биполярным, потому что ток транзистора состоит из дырок и тока электронов.

Обозначение транзистора BJT

Обозначение транзистора содержит три контакта, обозначающие эмиттер, базу и коллектор. Терминал эмиттера отличается от терминала коллектора стрелкой. Направление стрелки показывает тип транзистора (NPN или PNP). Направление стрелки показывает обычное течение тока. В случае транзистора PNP стрелка указывает внутрь, а для транзистора NPN стрелка указывает наружу транзистора.

Эквивалентная схема

Эквивалентная схема транзистора содержит два встречно включенных диода. В случае NPN-транзистора анодные выводы обоих диодов закорочены и называются базой. Где в случае транзистора PNP катодная клемма закорочена и называется базовой клеммой диода.

Принципы работы транзистора BJT

Для правильной работы транзистора транзистор должен быть подключен к постоянному напряжению на всех трех клеммах таким образом, чтобы оба PN-перехода были правильно смещены. Переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор должен быть смещен в обратном направлении. Работа транзисторов NPN и PNP одинакова, за исключением роли электронов и дырок, полярности напряжения смещения и направления протекания тока.

• Краткое руководство об электронных осцилляторах и их различных типах
• Как работают микроволновые печи

Поскольку переход BE смещен в прямом направлении, а переход BC смещен в обратном направлении, область истощения BE становится узкой, а область истощения BC расширяется. . Сильно легированный эмиттер может легко инжектировать электроны (в NPN) в baes и называется эмиттерным током IE.